第八章 新型传感器
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精品课件-传感器技术(杨帆)-第8章
直热式元件又称内热式元件，其结构如图8.1.1所示，元 件管芯由三部分组成：SnO2基体材料、加热丝和测量丝。它们 都埋在SnO2基材内，工作时，加热丝通电加热，测量丝用于测 量元件的阻值。
该元件具有制作工艺简单、成本低、功耗小等优点，可在 高回路电压下使用，可制成价格低廉的可燃气体泄漏报警器。 但也存在着热容量小、易受环境气流影响等缺点。
第8章 化学与生物式传感器技术
图8.1.4 采用QM－N5型气敏元件组成的简易袖珍式气体检漏仪原理 图
第8章 化学与生物式传感器技术
检漏现场有防爆要求时，必须用防爆气体检漏仪进行检漏， 与普通检漏仪相比，这种检漏仪仪器壳体结构及有关部件要根 据探测气体和防爆等级要求进行设计，采用QM－N5型气敏元 件作气—电转换元件，用电子吸气泵进行气体取样，用指针式 仪表指示气体浓度，由蜂鸣器进行报警。
第8章 化学与生物式传感器技术
1．SnO2敏感膜 SnO2是一种白色粉末状的金属氧化物，熔点为1127℃，其 晶体结构具有正方晶体对称性，晶胞为体心正交平行六面体， 体心和顶角由锡离子占据。SnO2材料周围的气体与薄膜材料表 面或体内互相作用，引起材料的电阻发生显著变化。SnO2敏感 材料是N型半导体材料，多数载流子为导带电子，其表面含有 本征缺陷，如分离的金属电子。由于活性点的吸附反应和催化 反应，置于空气中的SnO2敏感材料将空气中的氧分子吸附在半 导体表面，并释放材料表面的电子，形成受主型表面能级，使 SnO2材料表面带负电荷，材料电阻增大。
150℃
代表性被测气体 可燃性气体
酒精、可燃性气体、氧气 乙醇
氢气、一氧化碳、酒精 氢气、硫化氢
第8章 化学与生物式传感器技术 1．基本结构 烧结型SnO2气敏元件是以多孔质陶瓷SnO2为基材(粒度在
该元件具有制作工艺简单、成本低、功耗小等优点，可在 高回路电压下使用，可制成价格低廉的可燃气体泄漏报警器。 但也存在着热容量小、易受环境气流影响等缺点。
第8章 化学与生物式传感器技术
图8.1.4 采用QM－N5型气敏元件组成的简易袖珍式气体检漏仪原理 图
第8章 化学与生物式传感器技术
检漏现场有防爆要求时，必须用防爆气体检漏仪进行检漏， 与普通检漏仪相比，这种检漏仪仪器壳体结构及有关部件要根 据探测气体和防爆等级要求进行设计，采用QM－N5型气敏元 件作气—电转换元件，用电子吸气泵进行气体取样，用指针式 仪表指示气体浓度，由蜂鸣器进行报警。
第8章 化学与生物式传感器技术
1．SnO2敏感膜 SnO2是一种白色粉末状的金属氧化物，熔点为1127℃，其 晶体结构具有正方晶体对称性，晶胞为体心正交平行六面体， 体心和顶角由锡离子占据。SnO2材料周围的气体与薄膜材料表 面或体内互相作用，引起材料的电阻发生显著变化。SnO2敏感 材料是N型半导体材料，多数载流子为导带电子，其表面含有 本征缺陷，如分离的金属电子。由于活性点的吸附反应和催化 反应，置于空气中的SnO2敏感材料将空气中的氧分子吸附在半 导体表面，并释放材料表面的电子，形成受主型表面能级，使 SnO2材料表面带负电荷，材料电阻增大。
150℃
代表性被测气体 可燃性气体
酒精、可燃性气体、氧气 乙醇
氢气、一氧化碳、酒精 氢气、硫化氢
第8章 化学与生物式传感器技术 1．基本结构 烧结型SnO2气敏元件是以多孔质陶瓷SnO2为基材(粒度在
传感器原理与应用第八章详解演示文稿
传感器原理与应用第八章主要探讨了光电式传感器的应用与光源的相关知识。首先介绍了光电式传感器的四种基本形式：辐射式ห้องสมุดไป่ตู้吸收式、遮光式和反射式。随后详细阐述了光的特性，包括光波是电磁波的一种，其波长范围为10~106nm，并具有反射、折射、散射等性质。此外，还引入了光子假设，解释了光的粒子性。在光源方面，文档详细介绍了白炽光源、气体放电光源和发光二极管（LED）的工作原理及特性。白炽光源通过钨丝通电加热产生光辐射，具有连续的光谱，但寿命短、发热大。气体放电光源则是利用电流通过气体产生发光现象，其光谱不连续。而LED由半导体PN结构成，具有工作电压低、响应速度快、寿命长等优点，其发光原理是电子与空穴复合时放出光子。最后，文档还探讨了LED材料的禁带宽度与发光波长之间的关系，以及不同材料对应的发光波长范围。
第八章 霍尔传感器
以下哪一个激励电流的数值较为妥当？
5μA 0.1mA 2mA 80mA
2020/4/14
7
第二节 霍尔集成电路
霍尔集成电路可分为线性型和开关型两大类。 线性型集成电路是将霍尔元件和恒流源、线性差 动放大器等做在一个芯片上，输出电压为伏级，比直 接使用霍尔元件方便得多。较典型的线性型霍尔器件 如UGN3501等。
a c
d b
磁感应强度B为零时的情况
2020/4/14
2
磁感应强度B 较大时的情况
作用在半导体薄片上的磁场强度B越强，霍尔电势 也就越高。霍尔电势EH可用下式表示：
EH=KH IB
2020/4/14
3
霍尔效应演示
d
a b
c
当磁场垂直于薄片时，电子受到洛仑兹力的 作用，向内侧偏移，在半导体薄片c、d方向的端 面之间建立起霍尔电势。
回差越 大，抗振动 干扰能力就 越强。
当磁铁从远到近地接近霍尔IC，到多少特斯拉 时输出翻转？当磁铁从近到远地远离霍尔IC，到多
少特斯拉时输出再次翻转？回差为多少特ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ拉？相 当于多少高斯（Gs）？
2020/4/14
14
线性型三端 霍尔集成电路
2020/4/14
8
线性型霍尔特性
右图示出了具有双 端差动输出特性的线性 霍尔器件的输出特性曲 线。当磁场为零时，它 的输出电压等于零；当 感受的磁场为正向（磁 钢的S极对准霍尔器件 的正面）时， 输出为 正；磁场反向时，输出 为负。
2020/4/14
请画出线性范围
9
开关型霍尔集成电路
2020/4/14
10
开关型霍尔集成电路 的外形及内部电路
Vcc
第八章 数字式位移传感器(光栅)
8.1 光栅传感器
8.1.1 光栅传感器的类型与结构
1．光栅传感器的分类
（a）直射光栅
（b）反射光栅
1—光源 2—透镜 3—主光栅 4—指示光栅 5—光电元件 6—聚光镜 图8-1 光栅传感器的基本结构
第八章 数字式位移传感器
8.1 光栅传感器
8.1.1 光栅传感器的类型与结构
1．光栅传感器的分类 ② 按光栅的形状和用途不同，可分为长光栅和圆光栅。长光 栅用于测量长度，它分为黑白光栅和闪耀光栅两种；圆光栅用 于测量角度，它又进一步分为径向光栅和切向光栅，径向光栅 是通过沿圆形基体周边在直径方向刻栅线形成，而切向光栅沿 周边刻划的全部栅线均与光栅中央一个半径为r的圆相切。
程及其自动化、机电一体化等专业人士的重视。本
章主要讲述光栅传感器、旋转编码器、感应同步器
等内容。
第八章 数字式位移传感器
8.1 光栅传感器
8.1.1 8.1.2 8.1.3 8.1.4 光栅传感器的类型与结构 光栅传感器工作原理 莫尔条纹细分技术 光栅传感器的应用
8.2 旋转编码器
8.2.1 8.2.2 8.2.3 8.2.4 旋转编码器的种类 光电式编码器的结构与工作原理 码盘误差及其处理 旋转编码器的应用
8.1 光栅传感器
8.1.2 莫尔条纹细分技术
提高光栅传感器分辨率的两种基本方法： 1）在光栅片面积不变的前提下，增加刻线密度，减小栅距。 但是该方法受光栅刻线工艺的限制，就目前工艺水平看，栅 线密度7千条/mm基本可实现，但要上万条就困难了。 2） 采用细分技术，被测物移动一个栅距，均匀输出 n 个脉 冲，则分辨率可以提高到W/n 。 这种在一个莫尔条纹周期内有多个脉冲输出的方法，主要有 电子细分法、光学细分法和机械细分法等几种。由于细分后， 计数脉冲的频率提高了，所以也称为倍频
8.1.1 光栅传感器的类型与结构
1．光栅传感器的分类
（a）直射光栅
（b）反射光栅
1—光源 2—透镜 3—主光栅 4—指示光栅 5—光电元件 6—聚光镜 图8-1 光栅传感器的基本结构
第八章 数字式位移传感器
8.1 光栅传感器
8.1.1 光栅传感器的类型与结构
1．光栅传感器的分类 ② 按光栅的形状和用途不同，可分为长光栅和圆光栅。长光 栅用于测量长度，它分为黑白光栅和闪耀光栅两种；圆光栅用 于测量角度，它又进一步分为径向光栅和切向光栅，径向光栅 是通过沿圆形基体周边在直径方向刻栅线形成，而切向光栅沿 周边刻划的全部栅线均与光栅中央一个半径为r的圆相切。
程及其自动化、机电一体化等专业人士的重视。本
章主要讲述光栅传感器、旋转编码器、感应同步器
等内容。
第八章 数字式位移传感器
8.1 光栅传感器
8.1.1 8.1.2 8.1.3 8.1.4 光栅传感器的类型与结构 光栅传感器工作原理 莫尔条纹细分技术 光栅传感器的应用
8.2 旋转编码器
8.2.1 8.2.2 8.2.3 8.2.4 旋转编码器的种类 光电式编码器的结构与工作原理 码盘误差及其处理 旋转编码器的应用
8.1 光栅传感器
8.1.2 莫尔条纹细分技术
提高光栅传感器分辨率的两种基本方法： 1）在光栅片面积不变的前提下，增加刻线密度，减小栅距。 但是该方法受光栅刻线工艺的限制，就目前工艺水平看，栅 线密度7千条/mm基本可实现，但要上万条就困难了。 2） 采用细分技术，被测物移动一个栅距，均匀输出 n 个脉 冲，则分辨率可以提高到W/n 。 这种在一个莫尔条纹周期内有多个脉冲输出的方法，主要有 电子细分法、光学细分法和机械细分法等几种。由于细分后， 计数脉冲的频率提高了，所以也称为倍频
精品课件-传感器原理及应用技术-第8章
图8.12所示为硅光电池的结构原理、外形及电路符号。
第8章 光电传感器 图8.12 硅光电池
第8章 光电传感器
2. 1) 硒光电池和硅光电池的光谱特性曲线如图8.13所示。从 图示曲线可以看出，不同的光电池其光谱峰值的位置不同。硅 光电池的在8000附近，硒光电池的在5400附近。硅光电池的 光谱范围很广，在4500～11 000之间。硒光电池的光谱范围 为3400～7500 ，因此，硒光电池适用于可见光，常用于照度
hν=E2－E1
(8.4)
在吸收时，介质吸收光子hν后就从低能态E1跃迁到高能
态E2。按能量守恒定律，介质系统跃迁前后的能量差应为
E2－E1=hν
(8.5)
第8章 光电传感器
即根据能量守恒定律，光源只能发出由式(8.4)描述的光子，
只有符合式(8.5)的光子才能被介质吸收。吸收和发射只有在
计及光子动量并服从准动量守恒定则(选择定则)时才能发生。
光敏电阻的暗电阻的阻值一般在兆欧数量级，亮电阻在几 千欧以下。暗电阻与亮电阻之比一般在102～106
第8章 光电传感器 2. 一般光敏电阻(如硫化铅、硫化铊)的伏安特性曲线如图 8.6所示。由该曲线可知，所加的电压越高，光电流越大，而 且没有饱和现象。在给定的电压下，光电流的数值将随光照增
图8.6 光敏电阻的伏安特性曲线
第8章 光电传感器 图8.14 硅光电池的光照特性曲线
第8章 光电传感器
3) 光电池在作为测量、计数、接收元件时，常用交变光照。 光电池的频率特性反映的就是光的交变频率和光电池输出电流 的关系，如图8.15所示。从该曲线中可以看出，硅光电池有 很高的频率响应，可用在高速计数、有声电影等方面。这是硅
第8章 光电传感器
第8章 光电传感器 图8.12 硅光电池
第8章 光电传感器
2. 1) 硒光电池和硅光电池的光谱特性曲线如图8.13所示。从 图示曲线可以看出，不同的光电池其光谱峰值的位置不同。硅 光电池的在8000附近，硒光电池的在5400附近。硅光电池的 光谱范围很广，在4500～11 000之间。硒光电池的光谱范围 为3400～7500 ，因此，硒光电池适用于可见光，常用于照度
hν=E2－E1
(8.4)
在吸收时，介质吸收光子hν后就从低能态E1跃迁到高能
态E2。按能量守恒定律，介质系统跃迁前后的能量差应为
E2－E1=hν
(8.5)
第8章 光电传感器
即根据能量守恒定律，光源只能发出由式(8.4)描述的光子，
只有符合式(8.5)的光子才能被介质吸收。吸收和发射只有在
计及光子动量并服从准动量守恒定则(选择定则)时才能发生。
光敏电阻的暗电阻的阻值一般在兆欧数量级，亮电阻在几 千欧以下。暗电阻与亮电阻之比一般在102～106
第8章 光电传感器 2. 一般光敏电阻(如硫化铅、硫化铊)的伏安特性曲线如图 8.6所示。由该曲线可知，所加的电压越高，光电流越大，而 且没有饱和现象。在给定的电压下，光电流的数值将随光照增
图8.6 光敏电阻的伏安特性曲线
第8章 光电传感器 图8.14 硅光电池的光照特性曲线
第8章 光电传感器
3) 光电池在作为测量、计数、接收元件时，常用交变光照。 光电池的频率特性反映的就是光的交变频率和光电池输出电流 的关系，如图8.15所示。从该曲线中可以看出，硅光电池有 很高的频率响应，可用在高速计数、有声电影等方面。这是硅
第8章 光电传感器
传感器与检测技术第八章ppt文档
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铟电阻：是一种高精度低温热电阻。在4.2-15K测温 范围内灵敏度极高，缺点是材料很软，复制性很差。
锰电阻：在63-2K低温范围内，灵敏度高，缺点是脆 性大，难以拉制成丝。
碳电稳定性较差。
铁电阻和镍电阻：这两种金属的电阻温度系数较高、 电阻率较大，故可作成体积小，灵敏度高的电阻温度 计，其缺点是容易氧化，化学稳定性差，不易提纯， 复制性差，而且电阻值与温度的线性关系差。
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铜电阻： 铂是贵金属，价格昂贵，因此在测温 范围比较小(-50～+150℃)的情况下，可采用铜 制成的测温电阻，称铜电阻。
R t R 0 1 A B t2 C t3 （t-50～+150℃）
铜电阻在低温测温范围内线性和稳定性较好，温度 系数较大，且价格便宜，但测量精度较低。铜电阻的R0 亦有100Ω 和50Ω两种，其分度号分别为Cu100和Cu50。
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8.1 热电阻
8.1.1 热电阻的材料及工作原理
▪ 测温原理： 大多数金属的电阻率随
温度升高而增大，即具有正 温度系数。 ▪ 特点：
一般用于测量-200～ +500℃范围内的温度参数， 精度较高，适宜于测低温。
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铂电阻： 精度高，稳定性好，性能可靠，测温复 现性好，但价格昂贵，成本高。
EABT0keT0 lnN NBA
但 EABT与 EABT0 方向相反，所以回路的总接触电势 EAB TEAB T0k eTT0lnN NB A
由上式可见，当两结点的温度相同，即T=T0 ，回路 中总电势将为零。
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• 两种导体的接触电势
传感器技术与应用-课件第八章 霍尔传感器
2019/10/6
22
霍尔转速传感器在汽车防抱死装置（ABS） 中的应用
带有微
型磁铁
霍尔
的霍尔
传感器
钢质
若汽车在刹车时车轮被抱死，将产生 危险。用霍尔转速传感器来检测车轮的转 动状态有助于控制刹车力的大小。
2019/10/6
23
ABS的工作原理
1—车速齿轮传感器 2—压力调节器 3—控制器
2019/10/6
SL3501T
N
mA
DC
DC
VCC 12V
10m A
1
3
V
2
+
_
·
2019/10/6
17
8.2.2 线性集成霍尔传感器
2.线性集成霍尔传感器的主要技术特性
输出电压UOUT（V）
2.5
2.0
R=0
1.5
R=15Ω
1.0
R=100Ω
0.5
0 0.04 0.08 0.12 0.16 0.20 0.24 0.28 0.32 磁 感 应 强 度 B（ T）
第8章 霍尔传感器
2019/10/6
1
引言
霍尔传感器是基于霍尔效应的一种传感器。 1879年美国物理学家霍尔首先在金属材料中
发现了霍尔效应，但由于金属材料的霍尔效应 太弱而没有得到应用。 随着半导体技术的发展，开始用半导体材料制 成霍尔元件，由于它的霍尔效应显著而得到应 用和发展。 霍尔传感器广泛用于电磁测量、压力、加速度、 振动等方面的测量。
荷的积累达到动态平衡，由于存在EH， 半导体片两侧面间出现电位差UH ，称为
霍尔电势
UH
RH d
IBIB
d